SRC News̲No.100̲P24-25

05校 2017.06.08（木）②

また、一部の試験体では、全溶接長300mmの施工中50mmシームトラッキング装置を用いてインプロセスかつ自動でギャッ〜100mmの位置において表ビードに割れが観察されました。

プや溶接線を検出しながら長尺（〜5m）の継手を製作することを以上の結果より、プラズマ切断及びガス切断された鋼板を用目標としています。このため、ギャップ変化に応じた適切な施工条いた片側完全溶込みＴ継手を安定して施工可能な条件は導出件を選択するための施工条件データベースを作成する必要がありできなかったため，溶接材料（現状のソリッドワイヤからフラッます。今年度はこの一部を実施し、突合せ継手及び完全溶込みＴ継クス入りワイヤへの変更）や低スパッタ溶接技術等の検討が手に関して、小ギャップ（0.05mm〜0.30mm）でのデータベース必要です。

を作成しました。

（１）船舶LES計算についてました。SRCで実施したLES計算（FrontFlow/blueを使用）は非常SRCでは2011年より「CFDによる船舶性能推定精度の向上（3）シームトラッキング装置の開発
年度当初の検討において、片側完全溶込みＴ継手の溶接に同装

３．
今後の展開に実験と良い一致を見ました［8］。

に関する研究」
を実施しております。2013年にはスーパーコン

図２はJBCの船尾プロペラ前方の流速分布（上段）とプロペラ位ピュータ「京」を使った世界最大規模（機械、自動車、航空分野を置における所謂、伴流分布（下段）の比較です。左列が水槽試験結置を用いる場合、以下に示す３つの問題があることが分かりました。

前記の研究結果を踏まえて、平成29年度には、以下の項目に関含む）のCFD計算を船体回りの流れ場で成功させました
［1、2］
。
その

果で、中列が海上技術安全研究所（NAGISA）、右列が横浜国立大・溶接ヒュームがシームトラッキングセンサ（以下、センサと称す）する研究を実施する予定であり実用化を目指して総仕上げの段階

後、SRCの取り組みは徐々に認知されてきて2014年には日本経学（SURF）の計算結果です。上段の船尾流場ではNAGISA、SURF内外部を汚染する。に入ることになりますのでご期待頂ければと思います。

済新聞に取り上げられました［3］。2015年にはドイツで行われた共に実験に見られる目玉が再現されておらず、形状も合っていま

国際会議（COMPIT）
で、船尾のプロペラが回転する、自航状態のせん。下段の伴流分布では概ね形状は合っていますが、NAGISA計算結果を発表したところ、最優秀論文に選ばれました［4］。

はフックのU=0.3のラインを過大評価しており、SURFはU=0.2の・高温環境により、センサが過熱される。
（1）総合実証実験装置の製作

・スパッタが溶接線検出エリアまで侵入する。
これらの問題について、以下に述べるように対策を講じることで、問題を解決しました。

トラッキング装置の制御部分の設計製作、ハイブリッド溶接装置

SRC NEWS 90、92［5、6］では、なぜ現在主流のReynoldsの改造を行い、これらの装置を結合させ、その後、調整・試運転をaveraged Navier-Stokes法ではなくLarge Eddy Simulation

図３は左列が実験で、中列がスウェーデンのチャルマース工科大学行います。

（LES）が必要かを説明しました。乱流境界層の発達は摩擦抵抗を（SHIPFLOW）、右列がイタリアのINSEANの結果です。上段の船尾決めるだけでなく、剥離や再付着と密接に関係し、船体の推進性能

流場は、SHIPFLOWはNAGISA、SURFより実験に近いがU=0.2のに大きく影響します。境界層内で乱流の生成に支配的な役割を果目玉が再現できていません。INSEANの結果はNAGISA、SURFよたしていると考えられている、船体表面近傍に生じる縦渦の直径は、りも実験と離れています。
下段の伴流分布は、SHIPFLOWは目玉の① センサにパージ機構と吸引ノズルを付加することで、センサガラス面が溶接ヒュームで汚染されて曇ることは無くなった。方法として、
フラットエアーによる気流でヒュームを吹き飛ばす（2）厚板で長尺の片側完全溶込みT継手の製作実証
3m長の片側完全溶込みT継手の製作及び継手評価を行った後、目玉の部分が再現できていません。

よりも、袋状にして陽圧状態としヒュームを面で押し出す方が5m長の片側完全溶込みT継手の製作及び継手評価に取り組む予

肥大船では表1に示すように6メートル模型で800ミクロン程度で位置、流速のピーク値も概ね合っています（ただし、フックの下側の効果的であることがわかった（図4参照。）。

定です。

あります。LESではこれらを再現するために大規模な計算が必要と形状が若干不自然です）。INSEANはそもそも目玉が出ていません。

②

水冷ジャケットを付加し、センサの昇温を抑えることができた。

③

中央値処理を用いて、汚れやスパッタによる異常値が除去できることが確認された。また、中央地処理は、モータ指令値のなります。
（3）厚板で長尺の突合せ継手の製作実証
3m長の突合せ継手の製作及び継手評価を行った後、5m長の（企画室分のレイノルズ数の計算を、50億格子を用いて実施しました。図4

表１

突合せ継手の製作及び継手評価に取り組む予定です。

演算（平滑化）にも効果的であることを確認した。

SRCで実施した計算は計算資源の都合上、通常の大型模型の半小橋素己）

船長

船速

境界層厚さ

渦の直径

は左列が風洞試験結果で中列がSRCで実施したLES計算、右列が

実船

320m

8.0m/s

1.2m

0.2mm

スウェーデンのグループが行った壁関数を使った簡易的なLES

模型船A

6.0m

1.1m/s10cm0.8mm

計算です。SRCの計算結果は流速分布の形状が非常によく実験と模型船B

3.8m

0.9m/s

7cm0.9mm合致しています（ただし、伴流分布の遅い領域を過大評価していま

模型船C

2.4m

0.7m/s5cm1.1mmす）。簡易LESでは流速のピーク値も形状も大きく違っています。

模型船D

1.5m

0.6m/s4cm1.3mm

図５は同じレイノルズ数の計算でフランスの著名なグループの結果です。中列がExplicit Algebraic Stress Model（EASM）と（２）CFDワークショップ

図424

SRC News No.100 June 2017

溶接ヒューム対策決定案

いう最近、最も良いとされている乱流モデルを使った結果、右列が同じ乱流モデルを使いつつ、渦の強いところの格子を自動的に細2015年に行われたCFDワークショップ［7］
でも大規模LES計算分化して精度を上げる手法を試したものです。上段の船尾流場もの重要性は再認識されました。CFDワークショップは実験データと下段の伴流分布もフックや目玉は強調されるようになりますが、何世界の研究機関で開発されたCFDコードの性能を比較するコンれも実験に比べ過大評価となりました。

ペであります。そこで使用されてきたベンチマーク船型である

このように、船尾伴流が実験と合わなければ、本来ならば船体抵KVLCC2は2000年から使われている船型で、各コードはその船抗や自航要素も実験と一致しません。仮に合うように何らかの尾伴流などを精度よく再現できるようにチューニングされてきてチューニングをしたとしても、乱流モデルを使った計算には、新しいます。
しかしながら、今回、新たに海上技術安全研究所、横浜国

い船型に対応するために乱流モデルのチューニングと新たな水槽立大学、SRCなどのグループで設計されたJapan Bulk Carrier

試験が必要という問題点があります。一方、LES計算はチューニン（JBC）の船尾流場はうまく再現できていないものが多数みられグを必要とせず、精度よく実験を再現できることを再確認しました。

SRC News No.100 June 2017 25

05校 2017.06.08（木）

京コンピュータを使った船舶推進性能推定について（その２）̶
ＣＦＤワークショップ（4）溶接条件データベースの構築

SRC News̲No.100̲P24-25

タが原因と考えられる表ビードの外観不良が散見されました。

SRC News̲No.100̲P26-2705校 2017.06.08（木）

冒頭に述べた世界最大規模の計算では320億個の計算格子を使いましたが、スーパーコンピュータ「京」の2/3程度を使って約

参考文献［1］Nishikawa, T., Yamade, Y., Sakuma, M., Kato, C.,
Application of fully-resolved large eddy simulation toが、現在、国内で最高性能を有するスパコンは東京大学の柏キャン

KVLCC2 ‒ Bare hull double model at model ship

パスに設置されているOakforest-PACSで、そのピーク性能は25

Reynolds number , J. Japan Society of Naval Architects

ペタフロップスです。さらに2020年に完成予定のポスト「京」
ではand Ocean Engineers 16, pp.1-9, 2013.

１エクサフロップスを目指しています。図５に示す#500は世界で500番目のスパコンの性能で、2020年ころには「京」の2/3程度の［2］Nishikawa, T., Yamade, Y., Sakuma, M., Kato, C.,性能に到達します。これは、一般企業で導入可能な計算機で大規Fully resolved large eddy simulation as an alternative

模LES計算が、実用的な時間で可能となる日がすぐそこまで来て

to towing tank resistance tests ‒ 32 billion cells

いることを意味しています。

computation on K computer , 16th Numerical Towing（技術開発部

設計システム開発課西川達雄）

Tank Symp.（NuTTS）, Mülheim, 2013.
［3］日本経済新聞、
スパコン「京」
でものづくり、2014年1月9日［4］Nishikawa, T., Application of Fully resolved Large
Eddy Simulation to Self-Propulsion Test Condition of

図１ 船尾流場（上段）と伴流分布（下段）

図３ 船尾流場（上段）と伴流分布（下段）（左列：水槽試験、中列：NAGISA、右列：SURF)（左列：風洞試験、中列：LES(SRC)、右列：LES(壁関数）)

Double-Model KVLCC2 , 14th international conference
on Computer and IT Applications in the Maritime
Industries（COMPIT 15）, pp.191-199, Ulrichshusen、
2015.
［5］ 西川達雄、「境界層を完全に解像したラージ・エディー・シミュレーションの船舶への適用」、
SRC NEWS、Vol.90、
pp.6-7、
2012
年6月［6］ 西川達雄、「京コンピュータを使った船舶推進性能推定について、SRC NEWS、Vol.92、pp.8-9、2013年6月
図５ 近年のスパコン性能の推移（https://www.top500.org/）［7］Proceedings of Tokyo 2015 A Workshop on CFD in
Ship Hydrodynamics、
2015.
［8］Nishikawa, T., Application of Fully Resolved Large
Eddy Simulation to Japan Bulk Carrier with an Energy

謝辞
本研究の一部はHPCIシステム利用課題の成果によるものです

Saving Device, Tokyo 2015 A Workshop on CFD in Ship
Hydrodynamics、
2015.

（課題題名：乱流の直接シミュレーションによる曳航水槽代替技術の実用化、課題ID：hp130042、hp140226、hp150005、hp160030、hp170108にて継続中）。
また、共同研究を実施している東京大学 生産技術研究所 革26

図２ 船尾流場（上段）と伴流分布（下段）

図４ 船尾流場（上段）と伴流分布（下段）（左列：水槽試験、中列：SHIPFLOW、右列：INSEAN)（左列：風洞試験、中列：EASM、右列：EASM/Auto Refine Grid)

SRC News No.100 June 2017

新シミュレーション研究センター長 加藤千幸教授、株式会社みずほ情報総研の山出吉信様に感謝いたします。

SRC News No.100 June 2017 27

05校 2017.06.08（木）

１日で計算ができます。
「京」のピーク性能は11ペタフロップスです

SRC News̲No.100̲P26-27（３）大規模LES計算の実用化

SRC News̲No.100̲P26-2705校 2017.06.08（木）

冒頭に述べた世界最大規模の計算では320億個の計算格子を使いましたが、スーパーコンピュータ「京」の2/3程度を使って約

参考文献［1］Nishikawa, T., Yamade, Y., Sakuma, M., Kato, C.,
Application of fully-resolved large eddy simulation toが、現在、国内で最高性能を有するスパコンは東京大学の柏キャン

KVLCC2 ‒ Bare hull double model at model ship

パスに設置されているOakforest-PACSで、そのピーク性能は25

Reynolds number , J. Japan Society of Naval Architects

ペタフロップスです。さらに2020年に完成予定のポスト「京」
ではand Ocean Engineers 16, pp.1-9, 2013.

１エクサフロップスを目指しています。図５に示す#500は世界で500番目のスパコンの性能で、2020年ころには「京」の2/3程度の［2］Nishikawa, T., Yamade, Y., Sakuma, M., Kato, C.,性能に到達します。これは、一般企業で導入可能な計算機で大規Fully resolved large eddy simulation as an alternative

模LES計算が、実用的な時間で可能となる日がすぐそこまで来て

to towing tank resistance tests ‒ 32 billion cells

いることを意味しています。

computation on K computer , 16th Numerical Towing（技術開発部

設計システム開発課西川達雄）

Tank Symp.（NuTTS）, Mülheim, 2013.
［3］日本経済新聞、スパコン「京」
でものづくり、2014年1月9日［4］Nishikawa, T., Application of Fully resolved Large
Eddy Simulation to Self-Propulsion Test Condition of

図１ 船尾流場（上段）と伴流分布（下段）

図３ 船尾流場（上段）と伴流分布（下段）（左列：水槽試験、中列：NAGISA、右列：SURF)（左列：風洞試験、中列：LES(SRC)、右列：LES(壁関数）)

Double-Model KVLCC2 , 14th international conference
on Computer and IT Applications in the MaritimeIndustries（COMPIT 15）, pp.191-199, Ulrichshusen、
2015.
［5］ 西川達雄、「境界層を完全に解像したラージ・エディー・シミュ
レーションの船舶への適用」、
SRC NEWS、Vol.90、
pp.6-7、
2012
年6月［6］ 西川達雄、「京コンピュータを使った船舶推進性能推定について、SRC NEWS、Vol.92、pp.8-9、2013年6月
図５ 近年のスパコン性能の推移（https://www.top500.org/）［7］Proceedings of Tokyo 2015 A Workshop on CFD inShip Hydrodynamics、
2015.
［8］Nishikawa, T., Application of Fully Resolved Large
Eddy Simulation to Japan Bulk Carrier with an Energy

謝辞
本研究の一部はHPCIシステム利用課題の成果によるものです

Saving Device, Tokyo 2015 A Workshop on CFD in Ship
Hydrodynamics、
2015.

（課題題名：乱流の直接シミュレーションによる曳航水槽代替技術の実用化、課題ID：hp130042、hp140226、hp150005、hp160030、hp170108にて継続中）。
また、共同研究を実施している東京大学 生産技術研究所 革26

図２ 船尾流場（上段）と伴流分布（下段）

図４ 船尾流場（上段）と伴流分布（下段）（左列：水槽試験、中列：SHIPFLOW、
右列：INSEAN)（左列：風洞試験、中列：EASM、右列：EASM/Auto Refine Grid)

SRC News No.100 June 2017

新シミュレーション研究センター長 加藤千幸教授、株式会社みずほ情報総研の山出吉信様に感謝いたします。

SRC News No.100 June 2017 27

05校 2017.06.08（木）

１日で計算ができます。
「京」のピーク性能は11ペタフロップスです

SRC News̲No.100̲P26-27（３）大規模LES計算の実用化